Schuhpressenbelt (9) einer Naßpresse oder eines Kalanders mit verlängertem Pressenspalt, insbesondere für eine Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, mit einer biegsamen, flüssigkeitsundurchlässigen Elastomerschicht (9a) und einer textilen Verstärkungsschicht (9b), wobei die Elastomerschicht Weichgummi mit einer Härte im Bereich zwischen 5 und 100P+J aufweist.
Die Erfindung betrifft ein Schuhpressenbelt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Schuhpressenbelt, das im Deutschen auch als Preßmantel bezeichnet wird, wird in Papier-, Karton- oder Tissuemaschinen zur weitgehenden Entwässerung des jeweiligen Produktes (Naßpresse) oder auch zur Veredlung der Oberfläche (Kalander) eingesetzt. Die entsprechenden Naßpressen bzw. Kalander haben einen verlängerten Pressenspalt ("Preßnip") und werden daher auch als Schuhpressen bezeichnet.
In ihrem Pressenspalt kommt das Schuhpressenbelt oder der Preßmantel auf seiner Rückseite (Unterseite) mit dem eigentlichen Pressenschuh in Gleitkontakt und muß daher auf dieser Seite ausgezeichnete Gleiteigenschaften aufweisen. Auf seiner Vorderseite (Oberseite) kommt das Schuhpressenbelt mit einem Entwässerungsfilz (und über diesen indirekt mit dem jeweiligen Produkt) oder - bei einem Kalander - auch direkt mit dem Produkt in Berührung, welches durch eine rotierende Walze angedrückt wird.
Neben den erwähnten Gleiteigenschaften der Rückseite kommt es hierbei auch auf die Flüssigkeitsundurchlässigkeit des Belts an, denn es soll weder Wasser aus dem Produkt bzw. Entwässerungsfilz auf den Pressenschuh gelangen, noch darf Schmiermittel von diesem in das Produkt bzw. den Filz kommen. Zudem sind bestimmte Elastizitäts- und Biegeeigenschaften gefordert.
Schuhpressenbelts sind in verschiedenen Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt.
So beschreibt die EP 0 420 372 B1 ein gattungsgemäßes Schuhpressenbelt mit einem Basisgewebe in Form einer endlosen Schleife mit innen- und außenseitiger, glatter Polymerharzbeschichtung, die das Gewebe impermeabel für Flüssigkeiten macht und ihm eine gleichförmige Dicke verleiht. Als Polymerharz, welcher das Elastomere bildet, wird hier Polyurethan genannt.
Aus der DE 50 20 005 C1 ist ein weiteres Band zum Einsatz in Papiermaschinen, insbesondere in Naßpressen mit verlängertem Pressenspalt (Schuhpressen), bekannt. Das Band hat eine auf der Rückseite glatte, biegsame, flüssigkeitsundurchlässige Bandschicht und auf der Vorderseite eine Trägerbahn und eine daran befestigte Faserschicht.
Auch aus der DE 42 02 731 A1 ist ein gattungsgemäßer Preßmantel für eine Schuhpresse bekannt, der ein elastomeres Mantelmaterial und zwei Lagen von Verstärkungsfäden aufweist. Zur Spezifikation des Mantelmaterials wird hier einerseits auf ein quellfähiges Material, andererseits auf Polyurethan hingewiesen.
Aus der WO 95/16820 ist ein Papiermaschinengewebe - speziell ein Schuhpressenbelt - beschrieben, bei dem ein Trägergewebe mit einer Polymerbeschichtung versehen ist, welche ein tixotropes Material (beispielsweise Aramit oder Kieselglas) aufweist. Als Basismaterial ist auch hier speziell Polyurethan genannt.
Schließlich ist aus der DE 44 38 354 A1 ein weiterer Preßmantel aus elastomerem Material bekannt, in das eine im wesentlichen parallel zur Oberfläche verlaufende Gewebeschicht aus einem hochfesten Material - beispielsweise Aramidfasern - eingebettet ist.
Diesen bekannten Lösungen gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schuhpressenbelt mit weiter verbesserten Gebrauchseigenschaften, insbesondere optimierten Elastizitätseigenschaften und vorteilhaftem mehrdimensionalem Krümmungsverhalten, zur Erreichung eines ruhigen Maschinenlaufes bei geringen Antriebsleistungen und hoher Gesamtlaufzeit zugrunde.
Diese Aufgabe wird durch ein Schuhpressenbelt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 12 gelöst. Im Ergebnis der Erfindung wird auch eine verbesserte Naßpresse bzw. ein verbesserter Kalander für die Papier-, Karton- und Tissueherstellung bereitgestellt.
Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken ein, das Schuhpressenbelt mit einer Elastomerschicht aus einem sehr weichen und anschmiegsamen (und zudem hinreichend kostengünstigen) Elastomeren auszubilden, wodurch ihm insgesamt ein ungewöhnlich geringes Biegemoment und ein geringer Gesamt-Elastizitätsmodul verliehen werden können. In der Kombination dieser vorteilhaft eingestellten Parameter liegt die Erzielung der oben erwähnten, in mehreren Aspekten verbesserten Gebrauchseigenschaften begründet.
In einer vorteilhaften Ausführung umfaßt die Weichgummi-Elastomerschicht des Belts einen hochgradig abriebfesten Gummi-Compound aus mehreren Kautschuk- bzw. Silikonkautschuk-Zusammensetzungen. Diese Zusammensetzungen sind im Compound insbesondere homogen miteinander vermischt.
Durch Wahl der konkreten Zusammensetzung bzw. Zusammensetzungen ist eine Einstellung der Härte der Weichgummischicht nach den Bedürfnissen des jeweiligen Einsatzfalles, also nach Kundenwunsch, möglich. Die Härte liegt bevorzugt im Bereich zwischen 20 und 50 P+J, in einer derzeit als Standardvariante angesehenen Ausführung bei ca. 35 P+J.
Um die Bruchfestigkeit des Belts den hohen Beanspruchungen anzupassen, ist in die Elastomerschicht eine Faserverstärkung (fibre reinforcement) bzw. ein Verbundwerkstoff eingearbeitet. Diese textile Verstärkungskomponente ist nach derzeitigem Kenntnisstand bevorzugt als Fadengelege in Umfangs- und/oder Längsrichtung des Belts ausgebildet. Auch eine Ausführung als Stapelfaservlies aus Kurzfasern - als eigenständige Verstärkungsschicht oder in Kombination mit einer weiteren Verstärkung, beispielsweise dem erwähnten Fadengelegt, - erscheint als sinnvoll. Auch der Einsatz eines Gewebes als Verstärkungsschicht ist möglich.
Als Verstärkungsmaterial können insbesondere modifizierte Glasfasern oder Kohlenstoffasern, insbesondere aber auch hochfeste Kunststoffasern, eingesetzt werden. Bei letzteren ist insbesondere an Polyester- und Polyamid-Copolymere oder Aramid zu denken. In Anpassung an Kundenanforderungen sind auch Kombinationen bzw. Mischungen dieser Materialien zweckmäßig einsetzbar.
Die Verstärkungsschicht ist bevorzugt nahe der Rückseite im Elastomer-Textil-Verbund eingearbeitet, um einerseits das gummielastische Verhalten auf der Vorderseite des Belt nicht zu beeinträchtigen und andererseits ein möglichst geringes Biegemoment an der Schuhkrümmung und an den Beltenden und damit insgesamt die beabsichtigte Optimierung des mehrdimensionalen Krümmungsverhaltens zu gewährleisten.
In diesem Sinne wird die Gesamtdicke des Belts (in Abstimmung auf die Elastizitäts- und Festigkeitseigenschaften der einzelnen Materialien) insbesondere im Bereich zwischen 5 und 10 mm, standardmäßig bei ca. 7,5 mm, gewählt.
Die Vorderseite des Belts kann glatt ausgeführt sein, was insbesondere beim Einsatz in einem Kalander zweckmäßig sein wird. Sie kann aber - speziell für den Einsatz in einer Naßpresse - auch eine ausgeprägte Struktur aufweisen. Als bevorzugt erscheint derzeit eine Struktur mit Ausnehmungen in Art von Sacklöchern. Diese können insbesondere annähernd zylindrisch und voneinander isoliert gebildet sein. Es sind aber auch Strukturen mit untereinander verbundenen Ausnehmungen, Rillenstrukturen o.ä. anwendbar.
Je nach konkreten Einsatzbedingungen macht die offene Querschnittsfläche der strukturierten Vorderseite (d.h. die Gesamtfläche der Ausnehmungen) zweckmäßigerweise 10 bis 50 % der Vorderseiten-Gesamtfläche des Belt aus. Für herkömmliche Naßpressen-Anwendungen erscheint ein Flächenanteil der Öffnungen von ca. 20 % als angemessen. Die Ausnehmungen haben insbesondere laterale Abmessungen im Bereich zwischen 0,5 und 5 mm, insbesondere zwischen 1 und 3 mm. Ihre Tiefe liegt zweckmäßigerweise im gleichen Bereich.
Gemäß einem weiteren wesentlichen Aspekt der Erfindung hat das Schuhpressenbelt eine gegenüber herkömmlichen Belts deutlich verringerte Steifigkeit bzw. - umgerechnet auf den Querschnitt - Biegespannung. So liegt die zur Erreichung einer Durchbiegung von 15 mm bei einem Dreipunkt-Biegeversuch an einem 30 mm breiten und 5 mm dicken Prüfling auf zwei in 100 mm Abstand angeordneten Auflagen aufzuwendende Kraft bevorzugt bei 17 N oder weniger, insbesondere 13 N oder weniger, und die Biegespannung liegt unterhalb von 110 N/cm2 und insbesondere unterhalb von 90 N/cm2. Bei einer praktisch bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Belts wurden eine Kraft von 11 N und eine Biegespannung von 70 N/cm2 gemessen.
Mit einer derartigen Elastizität trägt es wesentlich zur Einsparung von Antriebsleistung und einem ruhigen Lauf der jeweiligen Naßpresse bzw. des Kalanders bei, ohne daß andererseits wesentliche Einschränkungen hinsichtlich der Standzeit in Kauf genommen werden müßten. Im Gegenteil beeinflussen die verringerten verformungsabhängigen Materialspannungen die Lauf- bzw. Standzeit des Belts sogar positiv.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten ergeben sich im übrigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden, skizzenartigen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
Fig. 1 zeigt in einer Ausschnittsdarstellung den Pressenspalt einer Naßpresse 1 einer Papiermaschine mit verlängertem Pressenspalt (Schuhpresse). Einem Pressenschuh 3 gegenüber ist eine Preßwalze 5 angeordnet, und in dem zwischen beiden gebildeten Preßspalt (Preßnip) 7 wird zwischen einem auf dem Pressenschuh 3 gleitenden Schuhpressenbelt 9, einem Preßfilz 11 und der Oberfläche der Preßwalze 5 eine Papierbahn 13 entwässert.
Der Schuhpressenbelt 9 muß einerseits eine Elastizität und Biegsamkeit haben, die ein möglichst gutes Anliegen an der gekrümmten Oberfläche des Pressenschuhs 3 und die gleichmäßige Ausübung eines elastischen Andruckes an die Papierbahn 13 (über den Preßfilz 11) gewährleistet. Andererseits muß er hinreichend stabil ausgeführt sein, um der hohen Dauerbeanspruchung (Zug-, Druck- und Schwingungsbeansrpuchung) im Pressenspalt 7 über eine wirtschaftlich akzeptable Standzeit gewachsen zu sein. Die Härte des Weichgummis liegt in der Standardausführung bei 35 P+J, ist aber nach Kundenwunsch durch entsprechende Variation und Mischung von Kautschukzusammensetzungen in weiten Grenzen variierbar. Der Weichgummi ist bei Einsatztemperaturen von oberhalb 100 °C im Dauereinsatz verwendbar und hält Temperaturspitzen von bis ca. 130 °C aus.
Ein zur Erfüllung dieser Anforderungen geeignetes Schuhpressenbelt 9 ist in Fig. 2 (schematisch) im Querschnitt dargestellt. Dieses Schuhpressenbelt 9 hat als Basis ein Weichgummiband 9a, nahe dessen Rückseite eine textile Verstärkungsschicht 9b mit einem Fadengelege aus Kohlenstoffasern oder modifizierten Glasfasern oder Aramidfasern vorgesehen ist. Die Gesamtdicke des Belt beträgt 7,5 mm; im Bereich der seitlichen Lippen 9c ca. 5 mm. In die Belt-Vorderseite sind Blindlöcher 9d mit einem Durchmesser von 2,5 mm und einer Tiefe von 2 mm eingeformt. Die Gesamtfläche der Öffnungen liegt bei 20 % der Vorderfläche des Belt.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen - sowohl hinsichtlich der Materialien der einzelnen Komponenten als auch hinsichtlich der geometrischen Abmessungen - möglich.